TWI553695B - The end - point detection system and method of plasma de - glueing process - Google Patents

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Description

等離子體去膠工藝的終點檢測系統和方法
本發明相關於一種半導體製造技術領域，特別相關於離子體去膠工藝的終點檢測系統和方法。
光刻膠除了在光刻過程中用作從光刻光罩板到晶圓片的圖像轉移媒介，還用作刻蝕時不需刻蝕區域的保護膜。當刻蝕完成後，光刻膠已經不再有用，需要將其徹底去除，完成去除光刻膠的過程的工序就是去膠。
常用的去膠方法有溶劑去膠、氧化去膠以及等離子體去膠三種。其中，等離子體去膠是利用高頻電磁場使氧氣在高頻電場作用下電離形成等離子體，等離子體的氧化能力非常強，與光刻膠反應使光刻膠變成易揮發的物質被排出系統，達到去膠的目的。
為了降低等離子體損傷，等離子體去膠工藝主要採用遠端等離子體進行去膠。所謂遠端等離子體就是利用等離子源在反應腔室之外合成等離子體，然後利用氣流、電場、磁場等將等離子體引入反應腔室。
對於遠端等離子體去膠工藝來說，由於產生等離子體的區域與反應腔室不在同一區域，因此在反應腔室的晶片表面沒有等離子體的產生，因而也就不會產生等離子體發射光譜(OES)，所以，不能利用等離子體發射光譜(OES)的方式對去膠工藝進行終點檢測，需要採用其它方式對遠端等離子體去膠工藝的終點進行檢測。
有鑑於此，本發明提供了一種等離子體去膠工藝的終點檢測系統和方法。該等離子體去膠工藝的終點檢測系統和方法利用反應腔室的氣體或粒子對特定光吸收的特性和光的吸收原理對遠端等離子體去膠工藝進行終點檢測。
為了實現上述發明目的，本發明採用了如下技術方案：一種等離子體去膠工藝的終點檢測方法，包括，產生預設光；所述預設光能夠被反應腔室內的特定氣體或粒子所吸收，所述特定氣體或粒子是在等離子體去膠工藝中被消耗的氣體或粒子，或者，所述特定氣體或粒子是在等離子體去膠工藝中產生的氣體或粒子；獲取所述預設光在射入反應腔室之前的的入射光強；獲取經過反應腔室後從所述反應腔室射出的所述預設光的出射光強；比較所述入射光強和所述出射光強，並判斷比較結果是否不小於預設閾值，如果是，則確定等離子體去膠工藝達到終點；其中，所述預設閾值是應腔室內沒有進行等離子體去膠工藝時，進入反應腔室前的入射光強I0和穿過反應腔室之後從反應腔室射出的出射光強Imin的比較結果。
可選地，所述光強為所述預設光的所有波長的光的強度。
可選地，所述光強為至少一個特定波長的光的強度。
可選地，所述等離子體去膠工藝為遠程等離子體去膠工藝。
可選地，所述預設閾值是反應腔室內沒有進行等離子體去膠工藝時，測出的進入反應腔室前的入射光強I0和穿過反應腔室之後從反應腔室射出的出射光強Imin的差值I0-Imin，所述比較所述入射光強和所述出射光強，並判斷比較結果是否不小於預設閾值，如果是，則等離子體去膠工藝達到終點，具體為， 將所述入射光強和所述出射光強相減，得到兩者的測量差值；判斷所述測量差值是否不小於I0-Imin，如果是，確定等離子體去膠工藝達到終點。
可選地，所述所述預設閾值是反應腔室內沒有進行等離子體去膠工藝時，測出的進入反應腔室前的入射光強I0和穿過反應腔室之後從反應腔室射出的出射光強Imin的比值I0/Imin，所述比較所述入射光強和所述出射光強，並判斷比較結果是否不小於預設閾值，如果是，則等離子體去膠工藝達到終點，具體為，將所述入射光強和所述出射光強相除，得到兩者的測量比值；判斷所述測量比值是否不小於I0/Imin，如果是，確定等離子體去膠工藝達到終點。
一種等離子體去膠工藝的終點檢測系統，包括，入射光源、第一光譜儀或第一能量計數器、反應腔室、第二光譜儀或第二能量計數器以及終點檢測計算器；其中，所述第一光譜儀或第一能量計數器位於所述入射光源和反應腔室之間，第二光譜儀或第二能量計數器位於所述反應腔室和所述終點檢測計算器之間；所述入射光源用於產生預設光，所述預設光能夠被反應腔室內的特定氣體或粒子所吸收，所述特定氣體或粒子在等離子體去膠工藝中被消耗；所述第一光譜儀或第一能量計數器用於獲取所述預設光在射入反應腔室之前的入射光強；所述第二光譜儀或第二能量計數器用於獲取預設光經過反應腔室後從所述反應腔室射出的出射光強；所述終點檢測電腦用於比較所述入射光強和所述出射光強。
可選地，還包括，位於所述入射光源和所述反應腔室之間的擴束鏡和準直透鏡。
可選地，還包括，位於所述反應腔室和所述第二光譜儀或第二能量計數器之間的聚束鏡。
可選地，還包括，位於所述入射光源和所述第一光譜儀或第一能量計數器之間的分光器。
在等離子體去膠過程中，反應腔室內的特定氣體或粒子在等離子體的作用下會與光刻膠發生反應被消耗掉，這些氣體或粒子會吸收一定波長的預設光。根據吸收光譜的公式I=I 0 e -αcl ，可以得出。所以根據通過對 吸收光的光強的測試可以定量地得知反應腔室內氣體或粒子濃度。因而，本發明提供的等離子體去膠工藝通過比較入射到反應腔室內的預設光的入射強度和從反應腔室內射出的出射光強，並根據入射前後的光強的比較結果來確定去膠工藝的終點。當兩者的比較結果不小於預設閾值時，去膠工藝達到終點，反之，則去膠工藝沒有達到終點。
01‧‧‧入射光源
02‧‧‧第一能量計數器
02’‧‧‧第一光譜儀
03‧‧‧反應腔室
04‧‧‧第二能量計數器
04’‧‧‧第二光譜儀
05‧‧‧終點檢測計算機
06‧‧‧分光器
07‧‧‧擴束鏡和準直透鏡
08‧‧‧聚束鏡
為了更清楚地說明本發明實施例或習知技術中的技術方案，下面將對實施例或習知技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出進步性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發明實施例的一種等離子體去膠工藝的終點檢測系統結構示意圖；圖2是本發明實施例的等離子體去膠工藝的終點檢測方法流程示意圖；圖3是本發明實施例的另外一種等離子體去膠工藝的終點檢測系統結構示意圖。
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描 述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出進步性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
光譜分析由於每種原子都有自己的特徵譜線，因此可以根據光譜來鑒別物質和確定它的化學組成，這種方法叫做光譜分析。做光譜分析時，可以利用發射光譜，也可以利用吸收光譜。光譜分析方法的優點是非常靈敏而且迅速。
但是由於遠端等離子體去膠工藝在反應腔室內不產生等離子體，因而在反應腔室內也就不會產生等離子體發射光譜(OES)。所以，發射光譜分析方法不能實現對遠端等離子體去膠工藝的終點檢測。
然而在反應腔室內存在一些能夠吸收一定光強的氣體或粒子，而這些氣體或粒子在等離子體去膠過程中會被消耗。當反應腔室內沒有進行去膠工藝時，由於不消耗氣體或粒子，在反應腔室內這些氣體或粒子的濃度較大，此時，穿過反應腔室的光被吸收的強度較大，從反應腔室射出的光的強度較小，該出射光在光譜儀上形成的吸收光譜的譜線強度也較小。而在去膠過程中，由於被消耗，這些氣體或粒子的濃度減小，導致穿過反應腔室的光被吸收的強度也會減小，因而從反應腔室射出的光的強度會較大，該出射光在光譜儀上形成的吸收光譜的譜線強度也較大。所以，通過比較光的強度大小能夠確定反應腔室內是否進行去膠工藝。同時，也能實現對反應腔室內的去膠工藝的終點檢測。
另外，在等離子體去膠工藝過程中，也會產生一些特定的氣體，如CO2，這些特定的氣體也會有一定的特徵吸收光譜譜線。當反應腔內進行去膠工藝時，產生的氣體濃度增加，產生的氣體也會吸收反應腔內的特定波長的光，使得該特定波長的光的出射光強減弱，當反應腔內未進行去膠工藝時，不產生 該特定的氣體，相應地，該特定的氣體濃度降低，該特定氣體出射光的的吸收光強增強。因此通過對這些氣體的吸收光譜中的光的強度變化也能實現對反應腔室內的去膠工藝的終點檢測。
具體地：根據公式：I=I 0 e -αcl ，可以得出c的計算公式：。其中，I0是發射光源的入射光強，I是經過反應腔室後的出射光強，α是特定氣體或粒子的吸收係數，c是特定氣體或粒子的濃度，l是預設光在反應腔室內的光路長度。因此，通過第一能量計數器得到的入射光強I0和通過第二能量計數器得到的出射光強I可以得出位於反應腔室內的特定氣體或粒子的濃度c。
為了實現利用吸收光譜的方法實現對遠端等離子體去膠工藝的終點檢測，本發明實施例的等離子體去膠工藝的終點檢測系統如圖1所示，該檢測系統主要包括：入射光源01、第一能量計數器02、反應腔室03、第二能量計數器04以及終點檢測計算器05。
其中，入射光源01用於產生預設光，產生的預設光能夠被反應腔室內的特定氣體或粒子吸收。所述的特定氣體或粒子可以是在等離子體去膠工藝中與光刻膠發生反應被消耗的氣體或粒子，或者所述的特定氣體或粒子是在等離子體去膠工藝過程中產生的氣體或粒子。由於在去膠過程中，光刻膠會發生氧化反應，會消耗氧氣，所以該特定氣體可以為反應腔室內的氧氣。相應地，在去膠過程中，會產生二氧化碳氣體，所以該特定氣體可以為二氧化碳氣體。因此，本發明可以通過氧氣或二氧化碳氣體的特徵吸收光譜來檢測去膠工藝過程的終點。
本實施例所述的預設光可以為包括一個特定波長的普通光，也可以包括兩個或兩個以上特定波長的普通光。此外，該預設光也可以是雷射。
第一能量計數器02用於獲取所述預設光在射入反應腔室03之前的入射光強I0；第二能量計數器04用於獲取預設光經過反應腔室03後從反應腔室03射出的出射光強I。
所述終點檢測電腦05用於比較所述入射光強和出射光強。
上述所述的檢測系統檢測去膠工藝的終點的方法流程如下。結合圖2對檢測方法進行詳細描述。
S21、入射光源01產生預設光。
S22、第一能量計數器獲取所述預設光在射入反應腔室之前的的入射光強：當預設光打到第一能量計數器02上，該預設光的能量被第一能量計數器02收集，第一能量計數器02能夠獲取到該預設光的能量，即入射光強I0。
S23、第二能量計數器獲取經過反應腔室後從所述反應腔室射出的所述預設光的出射光強：該入射光強為I0的預設光射入反應腔室03，在反應腔室03內，該預設光會被反應腔室內的氣體或粒子吸收，造成光能量的減少，然後從反應腔室03射出的出射光達到第二能量計數器04上，其能量被第二能量計數器04收集，第二能量計數器04獲取到該預設光的出射能量I。
S24、比較所述入射光強和所述出射光強：由第一能量計數器02獲取到的預設光的入射光強I0和由第二能量計數器04獲取到的預設光的出射光強I傳送到終點檢測電腦05上。由終點檢測電腦05對入射光強和出射光強I進行比較計算。該比較計算的方法可以將入射光強I0與出射光強I相減得到兩者的差值，也可以將入射光強I0與出射光強I進行相除，得到兩者的比值。
S25、判斷比較結果是否不小於預設閾值：具體地，工作人員判斷該比較結果(差值或比值)不小於預設閾值，如果是，則執行步驟S26，如果否，執行步驟S27。
需要說明的是，該預設閾值可以是反應腔室03內沒有進行等離子體去膠工藝時，測出的進入反應腔室前的入射光強I0和穿過反應腔室之後從反應腔室射出的出射光強Imin的差值(I0-Imin)。該預設閾值還可以是反應前反應腔室內沒有進行等離子體去膠工藝時，進入反應腔室前的入射光強I0與穿過反應腔室之後從反應腔室射出的出射光強Imin的比值I0/Imin。需要說明的是，當反應腔室內沒有進行等離子體去膠工藝時，其內部的特定氣體或粒子的濃度沒有被消耗，濃度最大，吸收穿過反應腔室03的光最多，從而從反應腔室射出的出射光強最小為Imin。
當實際測量的進出反應腔室的光強差(I0-I)小於預設閾值(I0-Imin) 時，說明，出射光強I較大，由公式腔室內的特定氣體或粒子的濃度較小，這說明，該特定氣體或粒子被消耗，表明進行等離子體去膠工藝。當進出反應腔室的光強差(I0-I)不小於預設閾值(I0-Imin)時，說明，反應腔室內的特定氣體或粒子的濃度不小於未進行等離子體去膠工藝時的濃度，說明，如果先前進行等離子體去膠工藝，則此時等離子體去膠工藝達到終點。
同理，當實際測量的進出反應腔室的光強比值I0/I小於預設閾值I0/Imin時，反應腔室內進行等離子體去膠工藝。當進出反應腔室的光強比值I0/I不小於預設閾值I0/Imin時，說明，如果先前進行等離子體去膠工藝，則此時等離子體去膠工藝達到終點。
S26、確定等離子體去膠工藝達到終點；S27、確定等離子體去膠工藝沒有達到終點。
上述所述的方法通過向反應腔室內入射光，通過比較進出反應腔室內的光強，可以確定等離子體去膠工藝是否達到終點。該利用吸收光譜的方法檢測去膠工藝終點的方法較為簡單、準確。
此外，由於由入射光源01產生的光有可能不穩定，直接由第一能量計數器02收集獲取到的該預設光的能量值可能不準確。為了使得第一能量計數器獲得準確的預設光射入反應腔室內的入射光強，還可以在入射光源01和第一能量計數器02之間設置一分光器06。該分光器06將由入射光源產生預設光的能量一分為二(即平均分成兩束光)，一束光直接進入第一能量計數器，由第一能量計數器獲取該光的能量，另外一束光射入反應腔室03。由於通過分光器06分出的兩束光的能量相同，所以進入第一能量計數器的光的能量也就是射入反應腔室03的入射光強。而且，通過分光器06分出的光的強度較為穩定，因而能夠準確測出進入反應腔室03的光強。
進一步地，由於由入射光源產生的預設光或者經過分光器分出的光可能為非準直光或者較為集中，所以，在反應腔室之前還可以設置一擴束鏡和準直透鏡07。由入射光源產生的光或由分光器分出的光先經過擴束鏡和準直透鏡07，在進入反應腔室03。
進一步地，由於從反應腔室03射出的預設光可能會發生散射，使得第二能量計數器04獲取到的出射光強不準確，所以還可以在反應腔室03和第二能量計數器04之間設置一聚束鏡08。該聚束鏡08可以消除射出的預設光的散射，使得第二能量計數器獲取的出射光強更加準確。
需要說明的是，上述實施例採用能量計數器獲得預設光的所有波長的光的強度，通過比較射入反應腔室前後的所有波長的光的強度的差值(I0-I)或比值I0/I，來確定去膠工藝終點。另外，由於每種原子都有自己的特徵譜線，在反應腔室內的特定氣體或粒子也有自己的特徵譜線，因此，可以利用特徵譜線的強度來確定去膠工藝的終點。此時，該等離子體去膠工藝的終點檢測系統 如圖3所示。其中，上述所述的第一能量計數器替換為第一光譜儀02’，第二能量計數器替換為第二光譜儀04’。
該檢測系統的檢測方法與圖2所示的檢測方法相似，具體如下：入射光源01產生預設光，該預設光至少包括一種特定波長的光。
然後該預設光經過第一光譜儀02’，在第一光譜儀02’形成吸收光譜。該吸收光譜上形成不同波長光的吸收峰，從光的吸收峰的強度能夠得出預設光中不同波長的光進入反應腔室03之間的強度。
然後再將該吸收光譜傳送給終點檢測電腦05。
射入反應腔室03的預設光從反應腔室03射出而後進入第二光譜儀04’，在該第二光譜儀04’上形成從反應腔室射出的預設光的吸收光譜。該吸收光譜上也形成了不同波長光的吸收峰，從該吸收峰上能夠得出該預設光從反應腔室射出後光的強度。從入射光和出射光的吸收光譜上，可以選擇其中一個特徵吸收峰來進行比對進出光強的差值或比值是否不大於預設閾值。相應地，此處，所述的預設閾值應該是該特徵吸收峰對應的特定波長的光的預設閾值。該特定波長的光的預設閾值與所有波長的光的預設閾值相似，其區別僅在於該特定波長的光的預設閾值是該特定波長的，而不是所有波長的光的。
在等離子體去膠工藝中，由於會消耗氧氣，所以，可以利用氧的特徵吸收譜線760nm的光強進行比較。除了氧的特徵吸收譜線以外，還可以採用氮的特徵吸收譜線，也可以採用碳氧化合物的特徵吸收譜線的光強進行比較。
當採用光譜儀形成的吸收光譜對特徵譜線進行進出光強的比較時，還可以採用多個特徵吸收峰進行比較。這樣可以避免由於光源不穩定導致的去膠工藝終點檢測的誤判斷。這是因為，當光源不穩定時，如果採用單個特徵吸收峰進行比較，可能會出現進出光強差或比值不小於預設閾值，但是，實 際上去膠光刻工藝沒有達到終點。當採用多個特徵吸收峰進行比較時，不僅可以比較預設閾值，同時還可以判斷這兩個特徵吸收峰的變化趨勢是否相同，當這兩個條件都符合時，才確定達到終點。
以上之敘述以及說明僅為本創作之較佳實施例之說明，對於此項技術具有通常知識者當可依據以下所界定申請專利範圍以及上述之說明而作其他之修改，惟此些修改仍應是為本創作之創作精神而在本創作之權利範圍中。

Claims (10)

  1. 一種等離子體去膠工藝的終點檢測方法，包含：產生預設光；所述預設光能夠被反應腔室內的特定氣體或粒子所吸收，所述特定氣體或粒子是在等離子體去膠工藝中被消耗的氣體或粒子，或者，所述特定氣體或粒子是在等離子體去膠工藝中產生的氣體或粒子；獲取所述預設光在射入反應腔室之前的的入射光強；獲取經過反應腔室後從所述反應腔室射出的所述預設光的出射光強；比較所述入射光強和所述出射光強，並判斷比較結果是否不小於預設閾值，如果是，則確定等離子體去膠工藝達到終點；其中，所述預設閾值是應腔室內沒有進行等離子體去膠工藝時，進入反應腔室前的入射光強I0和穿過反應腔室之後從反應腔室射出的出射光強Imin的比較結果。
  2. 如請求項1所述的檢測方法，其中所述光強為所述預設光的所有波長的光的強度。
  3. 如請求項1所述的檢測方法，其中所述光強為至少一個特定波長的光的強度。
  4. 如請求項1-3任一項所述的檢測方法，其中所述等離子體去膠工藝為遠程等離子體去膠工藝。
  5. 如請求項1-3任一項所述的檢測方法，其中所述預設閾值是反應腔室內沒有進行等離子體去膠工藝時，測出的進入反應腔室前的入射光強I0和穿過反應腔室之後從反應腔室射出的出射光強Imin的差值I0-Imin，所述比較所述入射光強和所述出射光強，並判斷比較結果是否不小於預設閾值，如果是，則等離子體去膠工藝達到終點，具體為， 將所述入射光強和所述出射光強相減，得到兩者的測量差值；判斷所述測量差值是否不小於I0-Imin，如果是，確定等離子體去膠工藝達到終點。
  6. 如請求項1-3任一項所述的檢測方法，其中所述所述預設閾值是反應腔室內沒有進行等離子體去膠工藝時，測出的進入反應腔室前的入射光強I0和穿過反應腔室之後從反應腔室射出的出射光強Imin的比值I0/Imin，所述比較所述入射光強和所述出射光強，並判斷比較結果是否不小於預設閾值，如果是，則等離子體去膠工藝達到終點，具體為，將所述入射光強和所述出射光強相除，得到兩者的測量比值；判斷所述測量比值是否不小於I0/Imin，如果是，確定等離子體去膠工藝達到終點。
  7. 一種等離子體去膠工藝的終點檢測系統，其中包括，入射光源、第一光譜儀或第一能量計數器、反應腔室、第二光譜儀或第二能量計數器以及終點檢測計算器；其中，所述第一光譜儀或第一能量計數器位於所述入射光源和反應腔室之間，第二光譜儀或第二能量計數器位於所述反應腔室和所述終點檢測計算器之間；所述入射光源用於產生預設光，所述預設光能夠被反應腔室內的特定氣體或粒子所吸收，所述特定氣體或粒子在等離子體去膠工藝中被消耗；所述第一光譜儀或第一能量計數器用於獲取所述預設光在射入反應腔室之前的入射光強；所述第二光譜儀或第二能量計數器用於獲取預設光經過反應腔室後從所述反應腔室射出的出射光強； 所述終點檢測電腦用於比較所述入射光強和所述出射光強。
  8. 如請求項7所述的檢測系統，其中還包括，位於所述入射光源和所述反應腔室之間的擴束鏡和準直透鏡。
  9. 如請求項7或8所述的檢測系統，其中還包括，位於所述反應腔室和所述第二光譜儀或第二能量計數器之間的聚束鏡。
  10. 如請求項9所述的檢測系統，其中還包括，位於所述入射光源和所述第一光譜儀或第一能量計數器之間的分光器。
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